[發明專利]基于柔性壓電驅動器的仿生章魚水下推進系統

有效

• 申請號: 201610871375.4
• 申請日: 2016-10-05
• 公開（公告）號: CN106253743B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 董景石;劉瑞剛;陳文華;陳全渠;徐智;吳越;楊志剛
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/06
• 分類號: H02N2/06;H02N2/04;B63H1/36
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明屬于仿生水下運動領域，具體涉及一種基于柔性壓電驅動器的仿生章魚水下推進系統。

背景技術

生物具有的功能迄今比任何人工制造的機械都優越很多，仿生學就是要在工程上實現并有效地應用生物功能的一門學科。例如關于信息接受(感覺功能)、信息傳遞(神經功能)、自動控制系統等，這種生物體的結構與功能在機械設計方面給了很大啟發。仿生學的任務就是要研究生物系統的優異能力及產生的原理，并把它模式化，然后應用這些原理去設計和制造新的技術設備。

海洋游動生物的推進模式主要有軀體尾鰭模式、胸鰭模式、射流模式這三種，其中前兩種常見于多數魚類，而射流模式則主要見于章魚、水母等生物的運動中。在章魚的尾部長著一個環形孔，海水經過環形孔進入外套膜并有軟骨把孔封住。當它要進行快速運動時，外套膜猛烈收縮，軟骨松開，水便從前腹部的噴水管急速向后噴射出去，瞬時產生很大的推力，以實現其運動。這種運動方式在水中的噪音很小，同時具有速度快、結構簡單、安全可靠等優點。

發明內容

本發明提供了一種基于柔性壓電驅動器的仿生章魚水下推進系統，以柔性壓電纖維復合材料為動力源，其仿照章魚能夠用水填充自己的身體，然后迅速將水壓榨出的射流推進的運動模式而設計，具有結構簡單，重復性好的特點，為海洋科考等領域提供了一種新的思路。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

基于柔性壓電驅動器的仿生章魚水下推進系統，其特征在于：包含入口孔、入口單向閥、仿生軀體、柔性壓電纖維復合材料、基板、出口孔、出口單向閥和驅動電纜組；其中仿生軀體為硅膠材料制成，在初始狀態下仿生軀體呈近似紡錘形；柔性壓電纖維復合材料粘在其下側對應位置布置的基板上共同組成柔性壓電驅動器，該推進系統總計有五個柔性壓電驅動器，仿生軀體的側壁外表面沿其周圍均布粘貼有四個等距間隔排列的柔性壓電驅動器，兩兩相鄰的壓電驅動器之間的仿生軀體的中間部位開有入口孔，共計四個入口孔，入口單向閥粘于仿生軀體的側壁內表面；仿生軀體的尾部粘貼有一個垂直布置的柔性壓電驅動器，其兩側對稱位置的仿生軀體上各有一個出口孔，出口單向閥粘于仿生軀體底部開孔的外表面。

根據上述基于柔性壓電驅動器的仿生章魚水下推進系統，其仿生軀體的側壁外表面粘貼的四片柔性壓電纖維復合材料彼此間隔90°，其下側對應位置布置有四片基板，基板彼此也間隔90°，四個壓電驅動器與仿生柔性軀體的側壁面具有一致的彎曲弧度。

工作時，驅動電纜組向仿生軀體側壁外表面布置的四個柔性壓電驅動器提供交流電壓，柔性壓電纖維復合材料在交變電壓的作用下，產生伸長和縮短的往復交替變化，和基板相互配合形成彎矩，柔性壓電驅動器產生向內和向外往復的彎曲運動，帶動仿生軀體共同運動，從而實現仿生軀體所包裹空間的內收和外擴，通過單向閥的開合，控制水的吸入和噴出，實現與自然界中真實章魚運動相似的射流推進效果。當仿生章魚需要在運動中改變方向時，仿生軀體尾部垂直布置的柔性壓電驅動器在直流波動電壓的作用下發生單側擺動，使其運動方向發生改變。

附圖說明

圖1是本發明基于柔性壓電驅動器的仿生章魚水下推進系統的結構示意圖。

圖2是本發明基于柔性壓電驅動器的仿生章魚水下推進系統的剖面結構示意圖。

圖3是水吸入仿生軀體，仿生軀體體積變大的結構示意圖。

圖4是水吸入仿生軀體，仿生軀體體積變大的剖面結構示意圖。

圖5是水排出仿生軀體，仿生軀體體積變小的結構示意圖。

圖6是水排出仿生軀體，仿生軀體體積變小的剖面結構示意圖。

具體實施方式

結合圖1和圖2說明，本發明一種基于壓電纖維復合材料的仿生章魚水下推動裝置，包括：入口孔1、入口單向閥2、仿生軀體3、出口孔4、出口單向閥5、仿生軀體3尾部垂直粘貼的第一柔性壓電纖維復合材料601、仿生軀體3尾部垂直粘貼的第一基板602、仿生軀體3側壁外部粘貼的第二柔性壓電纖維復合材料701、仿生軀體3側壁外部粘貼的第二基板702和驅動電纜組8，其中: